一種新的，簡單且廉價(jià)的方法，使用紫外線來控制顆粒在液體中的運(yùn)動和組裝，可以改善藥物輸送，化學(xué)傳感器和流體泵。該方法鼓勵顆粒 - 從塑料微珠，細(xì)菌孢子到污染物 - 在液體中的特定位置聚集和組織，并且如果需要，移動到新的位置。描述這種新方法的論文發(fā)表在Angewandte Chemie期刊上。

“與傳感器，藥物輸送和納米技術(shù)相關(guān)的許多應(yīng)用需要精確控制流體的流動，”賓夕法尼亞州立大學(xué)化學(xué)杰出教授，該論文的高級作者Ayusman Sen說。“研究人員已經(jīng)制定了許多策略，包括納米馬達(dá)和流體泵，但在這項(xiàng)研究之前，我們沒有一種簡單的方法來收集特定位置的粒子，以便它們可以執(zhí)行有用的功能，然后將它們移動到一個新位置，以便他們可以再次執(zhí)行該功能。

“例如，你想建立一個傳感器，以檢測污染物的顆粒，或水樣中的細(xì)菌孢子，”Sen說。“通過這種新方法，我們可以簡單地添加金或二氧化鈦的納米顆粒，并發(fā)光鼓勵污染物顆?；蜴咦泳奂Ｍㄟ^將它們集中在一個地方，它們變得更容易被發(fā)現(xiàn)。而且因?yàn)楣夂苋菀撞倏v，我們有很高的控制力。

正如污染物顆?？梢栽谔囟ㄎ恢镁奂粯?，該方法可以用于收集在流體內(nèi)的特定位置攜帶有效載荷的二氧化硅或聚合物珠粒，如抗體或藥物。

新方法首先涉及將少量二氧化鈦或金納米顆粒添加到液體中，如水，其中還含有較大的目標(biāo)顆粒，如污染物或攜帶有效載荷的珠子。在液體中的特定點(diǎn)照射光加熱微小的金屬納米顆粒，然后將熱量傳遞給流體。然后溫暖的液體在光點(diǎn)上升 - 正如溫暖的空氣在寒冷的房間里升起 - 更冷的水沖進(jìn)來填充溫水剛剛離開的空間，帶來更大的顆粒。

賓夕法尼亞州立大學(xué)化學(xué)系研究生，該論文的第一作者Benjamin Tansi說：“這會導(dǎo)致較大的粒子在紫外線照射下聚集，形成密集的，組織良好的結(jié)構(gòu)，稱為膠體晶體。” “改變光的強(qiáng)度或二氧化鈦或金顆粒的數(shù)量會改變這一過程發(fā)生的速度。”

當(dāng)光被移除時，較大的顆粒隨機(jī)地?cái)U(kuò)散通過液體。但是如果光被重新定位，則較大的粒子向新的光點(diǎn)移動，大多數(shù)在移動時保持其結(jié)構(gòu)。這種有組織的顆粒的動態(tài)組裝，拆卸和移動可能對傳感和藥物輸送具有重要意義。

“當(dāng)使用金納米粒子時，這個過程最有效，但我們希望找到一種更便宜，更便于使用的替代品，”Tansi說。“我們很高興地發(fā)現(xiàn)這種方法也適用于二氧化鈦，這是一種廉價(jià)且無害的納米粒子，用于化妝品和食品添加劑。”

除水外，研究人員還證明了這種方法在十六烷(一種有機(jī)液體)中的有效性。

“顆粒通常在咸水或非水環(huán)境中組裝得非常好，因?yàn)樗袞|西都粘在一起，”Sen說。“但是在這里我們表明顆粒可以在十六烷中使用這種方法組裝，這表明我們可以應(yīng)用這種技術(shù)例如，生物流體。據(jù)我們所知，這是有機(jī)介質(zhì)中光驅(qū)動流體泵送的首次演示。“

由Anna Balazs領(lǐng)導(dǎo)的匹茲堡大學(xué)研究小組的成員使用數(shù)學(xué)模型來描述系統(tǒng)的動態(tài)。除了描述粒子如何在系統(tǒng)中移動之外，模型還證實(shí)，只需要從紫外線微小的溫度變化(小于攝氏度)來誘導(dǎo)流體流動。

研究小組目前正在測試這種方法的局限性，例如，如果粒子可以向上移動到光源，或者該方法可以用于按大小對粒子進(jìn)行分類。

“我們知道在懸浮液中加熱金納米粒子可以產(chǎn)生流體流動，”Tansi說，“但在這項(xiàng)研究之前，沒有人看過這些熱驅(qū)動的流體流是否可以用來做任何有用的事情。光和二氧化鈦很容易控制，我們認(rèn)為這種方法可以在未來的各種技術(shù)中得到應(yīng)用。例如，依靠這種方法的流體泵可能會取代需要電源的龐大且更昂貴的傳統(tǒng)泵或依靠磁力或機(jī)械運(yùn)動來發(fā)揮作用。“

除Sen，Tansi和Balazs外，研究團(tuán)隊(duì)還包括賓夕法尼亞州立大學(xué)的Matthew Peris和匹茲堡大學(xué)的Oleg Shklyaev。這項(xiàng)工作由國家科學(xué)基金會資助。